星上sar实时成像处理关键技术研究

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1、星上SAR实时成像处理关键技术研究刘小宁2016年1月中图分类号：TN952UDC分类号：621.3星上SAR实时成像处理关键技术研究作者姓名刘小宁学院名称信息与电子学院指导教师陈禾教授答辩委员会主席王库教授申请学位工学博士学科专业信号与信息处理学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月KeyTechnologiesinOn-boardReal-timeImagingProcessingforSpaceborneSARCandidateName：XiaoningLiuSchoolorDepartment:SchoolofInformationandElectronicsFacu

2、ltyMentor:Prof.HeChenChair,ThesisCommittee：Prof.KuWangDegreeApplied:DoctorofEngineeringMajor：SignalandInformationProcessingDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学

3、或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要随着星载SAR成像技术的不断进步和应用需求的增加，在星上完成SAR实时成像处理已成为一种发展趋势。星载SAR成像算法复杂、处理量大，在星上环境对系统体积、重量、功耗的严格约束下，星上SAR处理系统的实时性难以保证。为了在单片FPGA上实现星载SAR成像所有处理流程，构建星上SAR实时成像处理系统，本文重点研究了星载SAR成像算法的实时性优化、SAR成像处理矩阵转置存储方法以及星载SAR成像算法中的多种超越函

4、数的实现。论文主要工作及创新成果如下：1.对星载SAR成像算法、星上SAR实时成像核心处理器和系统架构进行研究。选择了以FPGA为核心处理器实现CS成像算法作为构建星上SAR实时成像处理系统的技术途径，提出了标准化、模块化、可扩展的星上SAR实时成像处理系统架构。2.针对星载SAR成像算法在FPGA实现中遇到的运算量大、实时性不足等问题，对多普勒参数估计方法进行选择和优化，研究了相位补偿因子对成像精度和实时性的影响，提出了一种补偿因子区域不变的CS成像算法。该方法在保证星载SAR算法成像质量的前提下，能够有效减小补偿因子的计算量，提高SAR成像算法处理效率。3.针对SAR成像处理过程中

5、转置存储器的数据访问效率过低的问题，对SAR成像处理矩阵转置存储方法进行研究，提出了矩阵分块三维映射法和矩阵分块交叉映射法。这两种转置存储方法充分利用了转置存储器的数据访问时序特性，能够有效提高SAR成像处理过程中转置存储器的数据访问效率，提高SAR成像处理实时性。4.针对星载SAR成像算法中多种超越运算的FPGA实现占用资源过大的问题，对实现正余弦、反正切函数的传统CORDIC算法进行了角度覆盖范围、硬件资源、运算精度等方面的优化和改进，同时对实现反正余弦函数的双迭代结构的CORDIC算法进行了改进，解决了原算法计算结果超出反正余弦函数值域的问题，进而实现了一种多模式CORDIC算法

6、，能够实现正余弦函数和反正余弦函数运算的实时切换，在正余弦、反正余弦函数都需要的算法实现中能够有效减少硬件资源占用。5.本文最后结合各章节研究内容，在单片FPGA上实现了星载SAR成像算法所有处理流程，进而构建了星上SAR实时成像处理系统原理样机，为实现星上SAR实时成像处理奠定了技术基础。关键词：星载SAR；星上实时处理；FPGA；CS因子；矩阵转置；CORDIC算法I北京理工大学博士学位论文AbstractThespace-borneSAR,on-boardSARimagingprocessinghasbecomingatrend,sincethetechnicaladvanceo

7、fimagingandapplicationdemandingincreased.Inspaceenvironment,theon-boardprocessingsystemhadsomelimitedconditionswhicharethehardwaresize,weightandpowerrequirements,soitblockedtoachievingreal-timeprocessingforthespace-borneSARi